شبهاتی درباره علم و فن (1)
اخیراً پرسش هائی از سوی خواننده ای مطرح شد که درباره انرژی اتمی و پهپادها و موشک ها و خلاصه آنچه بطور روزمره از رسانه ها دیده و شنیده میشود توضیحاتی ارائه شود. چون آنچه در این زمینه ها شنیده میشود در بستر جامعه ای عرضه میشود که راست و دروغ بهم آمیخته و تمیز ایندو از هم بسیار مشکل شده است، بهتر دیده شد که افق بحث کمی گسترش یافته و اینگونه موضوعات زیر عنوان شبهاتی درباره علم و فن ارائه شود تا خواننده مسلح به ابزار تشخیص صحیح، خود قادر باشد تا حد امکان بالشخصه داوری کند. باری، با تاریخچه مختصری از دانش هسته ای آغاز میکنیم.
تاریخ انرژی هسته ای عملاً از ژانویه 1896 ، یعنی کمتر از 130 سال پیش، با اعلام رسمی کشف اشعه ایکس توسط رونتگن آغاز میشود که خود دنباله تحقیقات مرتبط با اشعه کاتودیک بود. ناگاه توجه دنیا بسمت این کشف جدید جلب شد که در مرکز توجه، عکس اشعه ایکس دست کاشف (یا بقولی همسر وی) بود که بسیار ترسناک نموده عوام آنرا شیطانی و ملامت بار دانستند. نه رونتگن و نه هیچکس دیگر علت و سرشت این اشعه مجهول ولی نافذ را نمیدانستند و رونتگن تصور میکرد شاید ارتعاشات طولی در اثیر بوده باشد. 16 سال بدرازا کشید تا بالاخره طی آزمایشاتی معلوم شد از جنس همان امواج عرضی الکترومغناطیسی منتها با طول موج بسیار کوتاه است. سالها بعد خاستگاه آن نیز معلوم شد که ناشی از ترمز شدن الکترون در مدار هسته های سنگین موسوم به اشعه ترمزی که البته اغلب توأم است با جهش الکترونهای لایه های داخلی اتم و خروج انرژی برانگیخته موسوم به اشعه ایکس مشخصه است (برخلاف اشعه گاما که از همان جنس منتها از هسته نشر میشود). لازم به یادآوریست که موضوع ما در واقع مربوط به وقایعی است که مربوطست به هسته اتم که قاعدتاً تحت نام انرژی هسته ای باید یاد شود لیکن با توجه به نوشته های عمومی گاهی با تسامح با عنوان انرژی اتمی نیز یاد میشود. از لحاظ اصولی انرژی حاصل از تغییرات در هیئت الکترونی اتم باید علی الاصول انرژی اتمی نامیده شود چون کاری به هسته ندارد ولی غالباً رعایت نمیشود. قابل ذکر است که تمام فعالیتهای فیزیکی و شیمیائی و آنچه در زندگی روزمره با آن سروکار داریم تقریباً همه مربوط به اتم (یعنی الکترونهای اتم) است و ربطی به هسته ندارد. در روزگاری که در حال شرح آن هستیم واقعیت اتم ها پذیرفته شده بود اما الکترونها کجای اتم هستند، چه هیئتی دارند و آیا هسته ای وجود دارد یا نه و سایر جزئیات هیچ شناخته نبود.
باری، حدوداً همان هنگام که اشعه ایکس کشف شد، هانری بکرل طبق معمول سالهای پیش که درباره فسفرسانس و فلورسانس کار میکرد (پدر و پدر بزرگ او نیز فیزیکدان و در همین زمینه کار میکردند) با شنیدن اخبار اشعه ایکس تصور کرد که شاید این پدیده با کارهای او نیز مرتبط باشد. معهذا اولین آزمایشات وی روی موادی که کار میکرد نشان داد که فسفرسانس و فلورسانس موجب نشر اشعه ایکس نمیشود. اما در مقاله ای پوانکاره متذکر شد که همه موادی که فلورسانس شدید دارند ممکن است علاوه بر تابش مرئی تابش ایکس هم داشته باشند! این شبهات بکرل را واداشت که آزمایشات خود را مجدد با مواد جدیدی آغاز کند که یکی از آنها ماده ای از نمک های اورانیوم بود. اینجا بود که ناخواسته چرخش دوران بسمت فیزیک هسته ای و نهایتاً انرژی هسته ای ورق خورد.
او طبق معمول، ماده مورد مطالعه را در معرض نور خورشید قرار میداد تا اثرات فسفرسانس آنرا مشاهده کند. اینبار نیز در فوریه 1896 با اورانیوم همین کار را کرد منتها چون در پی دیدن تأثیر اشعه ایکس نافذ بود، صفحه عکاسی را در لایه ضخیمی از مقوای سیاه پیچیده و نمک اورانیوم را روی آن گذاشته و مجموعه را برای چند ساعت در معرض نور خورشید قرار داد. بعد ظاهر کردن صفحه حساس عکاسی، متقاعد شد که سیاه شدن آن ناشی از نشر اشعه ایکس است که مانند چشمه فلورسانس عمل کرده ولی از مقوای سیاه رد شده است. او آزمایش را به دفعات و به شکل های متفاوت تکرار کرده نتایج یکسان گرفت. یادمان باشد که رویه علم، "استقرا" یعنی همین تکرار مکرر مشاهدات است.
اما یکی دو هفته بعد در ادامه آزمایشات، چون با هوای ابری پاریس روبرو شد مجموعه آماده را در حالیکه ماده اورانیوم روی بسته قرار داشت داخل کشوی میز خود قرار داد. چند روز بعد که صفحه عکاسی نور ندیده را ظاهر کرد با کمال تعجب سیاه شدن آنرا به درجات حتی بیش از قبل مشاهده کرده بلافاصله نتیجه گرفت که شاید پدیده مرموز بخودی خود در تاریکی نیز صورت میگیرد! بکرل خیلی زود بدین نتیجه رسید که کشف مهمی انجام داده است بدین معنی که نمک اورانیوم، صرفنظر از اینکه تحت تابش نور خورشید قرار گرفته باشد یا نه، از خود اشعه ای نشر میدهد که نافذ است و از مقوای سیاه رد میشود. او آنرا "اشعه بکرل" نامید. او علاوه براینکه تأثیر اشعه را روی صفحه عکاسی ملاحظه کرد، متوجه اثر یونیزاسیون آن نیز شد. چگونه؟ تأثیر اشعه روی گاز داخل الکتروسکوپ باعث بهم نزدیکتر شدن ورقه های طلای داخل آن میشد، حاکی از یونیزه شدن هوای داخل ظرف. این وسیله بعدها برای اندازه گیری شدت اشعه بکار رفت.
گاهی در علم وقایع عجیبی رخ میدهد که قرین شانس و اقبال است. اگر در آن یکی دو رو روز خاص، هوای پاریس ابری نشده بود و بکرل آزمایش را در نور خورشید به تصور فلورسانس پی گرفته بود شاید نهایتاً چیزی که امروز موسوم است به "رادیواکتیویته" کشف نمیشد یا بدین زودی کشف نمیشد. نکته مهم دیگر این است که گاهی ما در انجام مشاهدات تجربی کاملاً بیطرف نیستیم و اغلب مایلیم آن چیزی از نتیجه آزمایشات بیرون آید که قبلاً فکر ما را مشغول کرده و دنبال گرفتن تأیدیه برای آن هستیم. چه بسا اگر آنروز هوای ابری پیش نیامده و آزمایش انجام شده بود نتیجه گیری نهائی بکرل تأیید وابستگی اشعه بکرل با خاصیت فلورسانس بوده نتیجه میگرفت فلورسانس و نشر اشعه ایکس توأم اند و پرونده کار بسته شده دیگر خبری از شخصیتی بنام مادام کوری که در پی خواهد آمد نمیبود. باری، شخصیتِ فرد آزمایشگر هم که باید مقید به قواعد منطقی باشد اهمیت فراوان دارد. مثلاً کسانی که کار علم را بقصد تقلید و صرفاً نمایش انجام داده و مقید به عقاید ماوراءالطبیعه و الهامات ماورائی هستند اگر در این داستان شرکت میداشتند چه بسا با دیدن چنین پدیده ای آنرا به اجنه منسوب و پرونده را متشابهاً مختومه اعلام میکردند. خوشبختانه بکرل از چنین قماشی نبود.
اما شگفتی کار کجاست؟ صفحه عکاسی که سیاه میشود دال بر برخورد چیزی است که حاوی انرژی میباشد. در مورد فلورسانس این نور پر انرژی خورشید است که مسبب اولیه است. اما درباره ماده اورانیوم نه چیزی در ظاهر آن دیده میشود، نه حرکتی، نه صدائی، نه بوئی و نه هیچ چیز دیگر. منتها در حالی که چیزی دریافت نکرده معهذا از خود چیزی نشر میدهد حاوی انرژی که ظاهراً ناقض اصل پیوستگی و حتی اصل بقای انرژی است! این انرژی از کجا میآید؟! باید حق داد هرکس دیگری هم در مقام مشاهده گر میبود دچار شگفتی و تردید در مبانی علم میشد. اینجاست که خرد را باید همواره سرلوحه کار قرار داد.
از اینجا به بعد مادام کوری و شوهرش وارد صحنه میشوند. ماری کوری که در آن سالها خانم جوانی در پی یافتن سوژه مناسب برای تز دکتری فیزیک خود بود به توصیه پیر کوری همین معمای اشعه بکرل را انتخاب کرد که بسیار پر ریسک و متهورانه محسوب میشد زیرا معلوم نبود چیزی از آن در آید. در فضای علمی آنروز با اینکه بکرل کماکان تحقیقات خود را دنبال میکرد ولی اورانیوم و اشعه ناشناخته او تحت الشعاع اشعه ایکس بود که پرسرو صداتر و کاربردی تر بوده وسیله تازه ای برای پزشکان بشمار میرفت. هیچکس نمیتوانست تصور کند که کار خستگی ناپذیر این زوج، کشف دو عنصر جدیدی خواهد بود بنام پولونیوم و رادیوم که منبع و چشمه اصلی برای تقریباً تمامی تحقیقات بعدی در فیزیک هسته ای خواهد شد. مادام کوری از معدود نوادری بود که دو بار جایزه نوبل را کسب کرد آنهم در زمانی که هنوز زنان راهی به تحصیلات عالیه دانشگاهی نداشتند که بویژه فیزیک را اشتغالی مردانه میدانستند. بعد از فوت نابهنگام پیر، دخترش ایرن همکار مادر شد و خود بعدها متخصص این رشته شده باتفاق شوهرش ژولیو کشفیات مهمی مانند رادیو اکتیویته مصنوعی را بعمل آوردند.
برای سنجش پشتکار ماری و پیر کوری بد نیست بدانیم که کشف بکرل فوریه 1896 صورت گرفت. در پایان 1897 ماری کوری علاقمند به موضوع شده آنرا برای تز دکترای خود انتخاب کرد (و دکترا را 1904 کسب کرد). تا ژوئیه 1898 این زوج موفق به کشف پولونیوم شد. در سپتامبر 1898 رادیوم را هم کشف کردند. ضمن اینکه تحقیقات علاوه بر اورانیوم، روی توریوم، و اکتینیوم نیز گسترش یافت. ضمن تحقیقات متوجه شدند که در ترکیبات اورانیوم فقط اورانیوم است که منبع نشر است و ضمناً با شگفتی تمام، فشار و سایر عوامل فیزیکی و شیمیائی تأثیری بر میزان تشعشع نداشته که دلالت بر آن است اتم ذیمدخل نبوده بلکه، طبق دانسته های بعدی، متهم اصلی هسته اتم است. راز منبع انرژی نیز بعدها که هسته کشف شد برملا گشت و توضیحات آنروزگار کوری ها گمانه زنی صِرف بود. اصطلاحات "نیمه عمر"، "رادیواکتیویته"، و "اکتیویته" توسط این خانواده وضع شده نام کوری و بکرل بعنوان یکای شدت اشعه به یادگار ماند. اندازه گیری اکتیویته با دستگاه الکترومتر ساخت خودشان انجام میگرفت که از الکتروسکوپ دقت بیشتری داشت. مبنای دستگاه اخیر بلور کوارتز و خاصیت پیزوالکتریک آن است که موضوع تحقیقات پیر کوری قبل از پیوستن به کار همسرش بود. در آن هنگام عوارض تشعشعات هسته ای شناخته شده نبود و محققین اولیه جان خود را بر سر آن گذاشتند. مادام کوری در اثر بیماری اشعه در 67 سالگی فوت شد. احتمالاً ممکنست بلع مقدار فوق العاده اندکی از پولونیوم مسبب آن بوده باشد. اتفاقاً دختر و داماد او نیز در دهه 50 زندگی در اثر عوارض همین مواد در جوانی فوت شدند. قابل ذکر است که در سال 2006 پولونیوم بمقدار فوق العاده ناچیز استفاده شد تا لتوینکوی روسی پناهنده به انگلیس توسط عوامل ک.گ.ب کشته شود زیرا این ماده کشنده راز خود را فاش نمیکند. قابل ذکر است که در تاریکخانه نظام های دیکتاتوری معمولاً این مواد یا امثال گازهای کشنده اعصاب برای خاموش ساختن مخالفین یا گرفتن زهرچشم از معترضین به وفور موجود و بی محابا استفاده میشود. تأکیدی مجدد بر کاربرد دوگانه علم تا در دست چه کسی باشد.
صحنه بعدی متعلق است به ارنست راذرفورد جوان که در آزمایشگاه کاوندیش زیرنظر تامسون کار میکرد. کشف اشعه ایکس در واقع ماه های آخر 1895 اتفاق افتاد ولی رسماً ابتدای 1896 اعلام شد. یکماه بعد آن بکرل در ادامه همان خط فکری، در جستجوی اشعه ایکس، آزمایشات خود را با اورانیوم آغاز ولی در عوض منجر به اعلام اشعه مرموز بکرل شد. حالا جامعه علمی همزمان با دو اشعه اسرار آمیز روبرو بودند منتها بسیاری از محققین جذب کار با اشعه ایکس شده بودند زیرا برایشان جذاب تر بود. باید اذعان کرد که علت این علاقه کاربردهای فنی علم در زندگی است کما اینکه فکر استفاده اشعه ایکس در پزشکی از همان ابتدا با آن عکس کذائی قوت گرفت که تا به امروز در بیماری ها کاربرد داشته و در فرودگاه و جاهای دیگر نیز جای خود را پیدا کرده است. جالب است که یک کنجکاوی علمی ناب در گوشه ای از یک آزمایشگاه چگونه کاربرد عمومی پیدا کرده تبدیل به فن آوری میشود. بزودی نمونه های مشابهی از تفکرات علمی را خواهیم دید که ناخواسته به کاربردهای شگفت انگیزی می انجامد. باری، راذرفورد که مشغول اندازه گیری میزان یونیزاسیون اشعه ایکس شده بود، در سال 1897، با شنیدن کشف بکرل، تجربیات مزبور را به اشعه اورانیوم معطوف ساخت. او بزودی دریافت که دو نوع اشعه مشخص از اورانیوم بیرون میآید که آنها را برحسب میزان جذب در ماده، آلفا و بتا نامگذاری کرد. البته بعدها معلوم شد که ایندو یکی با بار مثبت و دیگری با بار منفی در میدان مغناطیسی در دو جهت متضاد منحرف میشوند. اما یک نوع سوم هم بود که خنثی بوده تحت تأثیر میدان قرار نمیگرفت و مثل اشعه ایکس نافذ بوده کمی بعد توسط ویلارد فرانسوی کشف و، طبعاً، گاما نام گرفت. باید یادآور شد محققین زیادی، عمدتاً در اروپا، درگیر این قضایا بوده اند که به آنها که اینجا نام برده ایم یا خواهیم برد محدود نیستند. اشعه بتا خیلی زود معلوم شد از جنس همان اشعه کاتودیک است یعنی الکترون. اما آلفا چه بود؟ حدس اولیه بر این بود تکه هائی از اتم است.
راذرفورد در 1898 آزمایشگاه معظم کاوندیش را رها و به دانشگاه مک گیل در کانادا رفت. یک خیّر میلیونر، آزمایشگاه های شیمی و فیزیک کاملی برای وی در آنجا دست و پا کرد تا او با فراغ بال به تحقیقات خود ادامه داده تا بعدها منجر به نتایج خیره کننده ای شود. اصولاً خیّرین و موقوفات آنها در کشورهای غربی بویژه در آمریکا عمدتاً متوجه ساخت دانشگاه و مراکز تحقیقات علمی است که اثرش در پیشرفت علم و فن بر کسی پوشیده نیست. دانشمند از خود سرمایه ای ندارد که از پس اینگونه تحقیقات برآید. در گذشته شاید کاوندیش از معدود دانشمندانی بود با ثروت عظیم خانوادگی که آن را تماماً در راه علم بذل کرد. در غیر اینصورت هزینه تحقیقات علمی که در بادی امر نتایج مفیدی هم دربر ندارد باید از محل حکومت یا خیّرین تأمین شود. باری، راذرفورد به یُمن آزمایشگاه های کاملی که در اختیار داشت، در این دوران متوجه شد که از ماده رادیواکتیو گازهائی بیرون میآید که خود خاصیت رادیواکتیو داشته میتواند مواد اطراف را اکتیو کند. بعدها معلوم شد که گاز رادون ناشی از محصولات تجزیه اورانیوم مسئول اصلی ماجرا است. تکلیف قطعه مثبت اشعه رادیواکتیو چه شد؟ او با اندازه گیری نسبت بار به جرم و شواهد دیگر نشان داد که آلفا چیزی جز هلیوم دوبار یونیزه نیست. یادمان باشد هنوز صحبتی از هسته اتم نیست که بحث آینده ما خواهد بود. وی استحاله مواد رادیواکتیو به یکدیگر و قوانین ناظر بر آنرا نیز نشان داد. آنروزگار، استحاله، یعنی تبدیل یک ماده به ماده دیگر باورنکردنی میآمد زیرا دوران کیمیاگری مدتها بود که سپری شده و کذب بودن آن ماوراء هر شبهه ای ثابت شده بود.
پیش از ورود به مباحث آتی بد نیست بگوئیم امروز هر محصل متوسطه ای بر این مطالب آگاه است و حتی بسیار بیش از این را هم میداند. اما چیزی را که نمیداند زمان و انرژی زیادی است که گام به گام صرف شده تا جبهه علم به جلو رفته است. نکته مهمتر روش علم است که محققین در پیش گرفته و تجربه عینی را محور گرفته اند. در نبود تجربه، چیزی را که دیگران علم میپندارند جز مشتی محفوظات نیست. در خاورمیانه آنچه بطور سنتی اهمیت داده میشود حفظیات است و دانشمند کسی قلمداد میشود که حجم بیشتری در حافظه داشته باشد. دلیل آن عمدتاً بها دادن به علوم نقلی در برابر علوم عقلی است که بیش از هزار سال است در فرهنگ ما تحمیل شده است. برای علوم عقلی نیازمند بکار انداختن استدلال و پرسشگری هستیم حال آنکه برای آنچه نقل میشود، حافظه کفایت میکند. بی جهت نیست که "پای استدلالیان چوبین بود" این اندازه عزیز است! برای تدریس علم در دانشگاه، حافظه و بازگو کردن آنچه یاد گرفته و بخاطر سپرده ایم کفایت کرده و بسا استاد خوبی هم برای تدریس بشمار آئیم. اما این به معنای تولید علم نیست بلکه، در بهترین حالت، صرفاً تکرار دستآورد محققین واقعی است که سالها در آزمایشگاه های نمور، مثل آزمایشگاه خانم کوری، زحمت کشیده آگاهی های تازه بوجود آورده اند. برای دیدن تفاوت دیدگاه نگاه کنید که وقتی راذرفورد وارد مک گیل شد، رئیس گروه فیزیک بعد چند هفته با دیدن قابلیت های وی به او گفت که بار موظف تدریس وی را خودش بعهده میگیرد تا راذرفورد بتواند با فراغ بال تحقیقات خود را ادامه دهد! ما تا ملتفت این نکات باریک نشده باشیم، امکان ندارد که تغییری بنیادی در وضعیت خود داده بتوانیم خود را از اسارت نجات دهیم. ادامه این ماجرا را در مطلب بعدی خواهیم دید.
خلاصه آنکه، شرح مختصری از آغاز راه بسمت شاخه ای جدید از فیزیک داده شد. همانطور که دیده شد مبنای تحقیقات عموماً تجربی بوده صرفاً کنجکاوی برای شناخت را دنبال میکند که طبعاً بدون آزادی اندیشه میسر نیست. از ابتدا هیچ معلوم نبود که این راه به چه سمتی میرود و تبعات و کاربردهای بعدی آن چه خواهد شد. با شناخت یک پدیده ابهامات جدیدتری ظاهر میشود که با روشن شدن آن مجدداً سوألات بیشتر و البته آگاهی های بیشتری روی خواهد نمود. لذا این گفته رایج که میگویند هرچه جلوتر رویم مجهولات بیشتر میشود کاملاً غلط و گمراه کننده است. شاید بیشتر تأکیدی برای تحقیر عقل باشد. قبلاً مفصلاً شرح داده بودیم که مطابق نسبت سطح به حجم بطور نسبی از مجهولات کاسته میشود. دیدیم که استفاده های کاربردی که در حیطه فن و فن آوری میگنجد حاصل تحقیقات بنیادی در علم است که در بادی امر کاربردی بر آن مترتب نیست. کشورهای خاورمیانه با صرف پول های هنگفت و استخدام فن آوری و انتقال آن بهر ترتیب، تصور میکنند صاحب علم شده اند، زهی خیال باطل. آنها گاهی با ساخت بزرگترین ها آرامش خیال را به ذهن معیوب خود متبادر میسازند. قطر در حال ساخت جزیره ای برای سکونت میلیاردرهای جهان و ارتباط 200 کیلومتر اتوبان زیردریائی تا هند است. عربستان در فکر ساخت بزرگترین مکعب جهان است تا شهری مسقف را زیر آن سامان دهد. امارات صاحب بلند ترین برج دنیاست. ترکیه ساخت بزرگترین فرودگاه جهان را در دست ساخت دارد و قس علیذا. البته همه اینها بجای خود ممکنست خوب باشد ولی هیچیک جای جلب مغزهای متفکر را نمیگیرد که سرچشمه و پیشنیاز همه موهبت هاست. تا این نگرش معیوبی که نسبت به علم و فن در بین ما ریشه دوانیده اصلاح نشود بعید است روی رستگاری را ببینیم.
